第四代移動(dòng)通信（4G）關(guān)鍵技術(shù)

郭鑫

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司長(zhǎng)春市分公司，吉林 長(zhǎng)春 130031）

對(duì)于第四代移動(dòng)通信技術(shù)的界定，在通信行業(yè)內(nèi)部有著不同的定義。一般認(rèn)為第四代移動(dòng)通信技術(shù)采用分布網(wǎng)路以及為廣帶接入的方式，非對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)傳輸能力高達(dá)2Mbps，能夠傳輸三維圖像，即使用戶(hù)在高速的移動(dòng)過(guò)程中也可以獲得高質(zhì)量的視頻傳輸服務(wù)。第四代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與上代技術(shù)相比能夠?qū)崿F(xiàn)種類(lèi)更加豐富的功能，包括無(wú)線(xiàn)服務(wù)、以寬帶的方式接入互聯(lián)網(wǎng)，并能夠提供數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等功能。

1 第四代移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 高速率

能夠?yàn)橐苿?dòng)速度高達(dá)每小時(shí)250公里的用戶(hù)提供2Mb/s高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。而對(duì)于移動(dòng)速度為每小時(shí)60公里的中等速度的用戶(hù)，數(shù)據(jù)的傳輸速率可以達(dá)到每秒20Mb。對(duì)于普通的步行以及處在室內(nèi)的用戶(hù)，數(shù)據(jù)傳輸速率更是高達(dá)每秒100Mb。

1.2 以數(shù)字寬帶技術(shù)為主

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸波段采用毫米波，縮小的蜂窩小區(qū)的體積，從而可以極大的增加用戶(hù)的容量，與此同時(shí)也會(huì)有一些技術(shù)難題需要去進(jìn)行解決。

1.3 良好的兼容性

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這樣全球范圍內(nèi)不同運(yùn)營(yíng)商的手機(jī)用戶(hù)可以使用共同的4G服務(wù)，從而使任何一部4G手機(jī)在全球范圍之內(nèi)都可以隨意進(jìn)行通信。

1.4 較強(qiáng)的靈活性

智能技術(shù)在第四代系統(tǒng)通信系統(tǒng)之中被廣泛的采用，因此可以對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化配置，自動(dòng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，保證通信質(zhì)量。能夠應(yīng)對(duì)不同的復(fù)雜的通信環(huán)境，采用智能信號(hào)處理技術(shù)，保證信號(hào)的強(qiáng)度，智能化程度高，靈活性強(qiáng)。

1.5 多種業(yè)務(wù)的融合

以上代通信技術(shù)相比，第四代移動(dòng)通信技術(shù)具有種類(lèi)更加豐富多樣的業(yè)務(wù)形式，能夠傳輸高質(zhì)量的視頻服務(wù)、電視電話(huà)會(huì)議以及虛擬現(xiàn)實(shí)等業(yè)務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)用戶(hù)隨時(shí)隨地都可以及時(shí)的獲取自己所需要的信息。

1.6 高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)

高度的自組織性以及自適應(yīng)性是第四代移動(dòng)通信技術(shù)的一大特點(diǎn)，本身?yè)碛泻軓?qiáng)的自我管理能力，可以依據(jù)不同用戶(hù)的業(yè)務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的適應(yīng)，從而滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。

2 第四代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

以上一代通信系統(tǒng)相比，第四代移動(dòng)通信技術(shù)具有更高的復(fù)雜程度，需要大量的新興技術(shù)作為它的技術(shù)支撐，主要包括以下的一些關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 接入方式和多址方案

隨著多媒體業(yè)務(wù)的興起和發(fā)展，高質(zhì)量的、大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾视辛烁叩囊?，這就對(duì)高信元速率以及較長(zhǎng)的碼元周期的調(diào)制解調(diào)技術(shù)有了很高的要求。在這種背景之下，作為多載波調(diào)制技術(shù)組成部分的正交頻分復(fù)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)是第四代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的核心技術(shù)。正交頻分復(fù)用技術(shù)通過(guò)分解需要進(jìn)行傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流成為并行子數(shù)據(jù)流，然后對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，可以在無(wú)線(xiàn)的環(huán)境之中進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 調(diào)制與編碼技術(shù)

在調(diào)制解調(diào)方面，第四代移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新，采用了多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)以及單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)等。這些新技術(shù)的使用，可以有效地對(duì)用戶(hù)移動(dòng)終端的電池壽命進(jìn)行延長(zhǎng)，同時(shí)還可以使頻譜利用率有較大的提升。在信道編碼方面，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)也有所改變，采用更加先進(jìn)的編碼方案，進(jìn)而保證整個(gè)系統(tǒng)的性能。

2.3 高性能的接收機(jī)

與前代移動(dòng)通信技術(shù)相比，在接收機(jī)方面，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)有著更加高的要求。按照Shannon定理,對(duì)于3G系統(tǒng)如果信道帶寬為5MHz,數(shù)據(jù)速率為2Mb/s,所需的信噪比為1.2dB;而對(duì)于4G系統(tǒng),要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數(shù)據(jù),則所需要的信噪比為12dB?？梢?jiàn)對(duì)于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng),由于速率很高,對(duì)接收機(jī)的性能要求也要高得多。

2.4 智能天線(xiàn)技術(shù)

智能天線(xiàn)具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能,被認(rèn)為是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線(xiàn)采用了空分多址(SDMA)的技術(shù),利用信號(hào)在傳輸方向上的差別,將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)進(jìn)行區(qū)分,動(dòng)態(tài)改變信號(hào)的覆蓋區(qū)域,使主波束對(duì)準(zhǔn)用戶(hù)方向,旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)方向,并能夠自動(dòng)跟蹤用戶(hù)和監(jiān)測(cè)環(huán)境變化,為每位用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號(hào),從而達(dá)到抑制干擾、準(zhǔn)確提取有效信號(hào)的目的。這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量,因此,智能天線(xiàn)技術(shù)更加適用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動(dòng)通信系統(tǒng)。

2.5 軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)

軟件無(wú)線(xiàn)電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過(guò)一個(gè)通用硬件平臺(tái),利用軟件加載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)的一種具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。軟件無(wú)線(xiàn)電的核心思想是在盡可能靠近天線(xiàn)的地方使用寬帶A/D和D/A變換器,并盡可能多地用軟件來(lái)定義無(wú)線(xiàn)功能,各種功能和信號(hào)處理都盡可能用軟件實(shí)現(xiàn)。其軟件系統(tǒng)包括各類(lèi)無(wú)線(xiàn)信令規(guī)則與處理軟件、信號(hào)流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件等。軟件無(wú)線(xiàn)電使得系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性,能夠適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和空中接口。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)能支持采用不同空中接口的多模式手機(jī)和基站,能實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的可變QoS。

2.6 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)

多用戶(hù)檢測(cè)是寬帶CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際的CDMA通信系統(tǒng)中,各個(gè)用戶(hù)信號(hào)之間存在一定的相關(guān)性,這就是多址干擾存在的根源。由個(gè)別用戶(hù)產(chǎn)生的多址干擾固然很小,可是隨著用戶(hù)數(shù)的增加或信號(hào)功率的增大,多址干擾就成為寬帶CDMA通信系統(tǒng)的一個(gè)主要干擾。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)每個(gè)用戶(hù)的信號(hào)分別進(jìn)行擴(kuò)頻碼匹配處理,因而抗多址干擾能力較差;多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,充分利用造成多址干擾的所有用戶(hù)信號(hào)信息對(duì)單個(gè)用戶(hù)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),從而具有優(yōu)良的抗干擾性能,解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題,降低了系統(tǒng)對(duì)功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源,顯著提高系統(tǒng)容量。隨著多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展,各種高性能又不是特別復(fù)雜的多用戶(hù)檢測(cè)器算法不斷提出,在4G實(shí)際系統(tǒng)中采用多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)將是切實(shí)可行的。

3 結(jié)束語(yǔ)

從移動(dòng)通信技術(shù)由第一代發(fā)展到現(xiàn)在的三代來(lái)看，每次更新?lián)Q代的間隔大概為十年，因此第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的時(shí)代將的來(lái)臨將不會(huì)太遠(yuǎn)。目前我國(guó)的3G系統(tǒng)建設(shè)尚處于起步階段,隨著3G牌照的發(fā)放,有可能馬上激起3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的浪潮。盡管第四代移動(dòng)通信技術(shù)有著比3G更強(qiáng)的優(yōu)越性,可要是把第四代移動(dòng)通信技術(shù)投入到實(shí)際應(yīng)用,還需要對(duì)現(xiàn)有的移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更新改造,這將會(huì)引發(fā)一系列的資金、觀念等問(wèn)題,從而在一定程度上減緩第四代移動(dòng)通信技術(shù)正式進(jìn)入市場(chǎng)的速度。但可以肯定的是,隨著互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展,第四代移動(dòng)通信技術(shù)也會(huì)繼續(xù)高速發(fā)展,第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)將會(huì)是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng),是滿(mǎn)足未來(lái)市場(chǎng)需求的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

[1]張明,張平,張建華.4G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的信道特性[J].移動(dòng)通信,2004(10).